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衛(wèi)生級(食品級)無縫不銹鋼管的生產(chǎn)與應(yīng)用 (2004-5-31) 內(nèi)容摘要:隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷地發(fā)展,各工業(yè)行業(yè)使用衛(wèi)生級(食品級)無縫不銹鋼管越來越廣。通過對不銹表面鈍化層耐腐蝕能力分析,并結(jié)合本公司生產(chǎn)小型衛(wèi)生級無縫不銹鋼管的工藝與設(shè)備應(yīng)用,生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼管,滿足工業(yè)流體管的需求,填補(bǔ)國內(nèi)空白,替代進(jìn)口。關(guān)鍵詞:表面鈍化層耐腐蝕能力生產(chǎn)工藝與設(shè)備管內(nèi)外表面光潔度衛(wèi)生級(食品級)無縫不銹鋼管在制藥、食品、啤酒、飲用水、生物工程、化學(xué)工程、空氣凈化、航空、核工業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)多領(lǐng)域多行業(yè)上廣泛地應(yīng)用,每年有大量的進(jìn)口。這里介紹本廠生產(chǎn)衛(wèi)生級(食品級)無縫不銹鋼管的工藝與設(shè)備、管的性能與質(zhì)量。此管屬于國內(nèi)最先進(jìn)最精密水平已廣泛應(yīng)用,并出口國外。一、不銹鋼的表面分析 俄歇電了能譜(AES)法和X射線光能譜(SPS)法都可用于不銹鋼表面分析,從而確定不銹鋼管內(nèi)外表面耐腐蝕能力。AES法的分析直徑非常小,可以小于20nm,它的最初功能是作為元素的辨認(rèn)。XPS法的分析直么大約10m,主要用于確定臨近表面元素的化學(xué)狀態(tài)。 用AES和XPS探測儀對機(jī)械拋光的已暴露在大氣中316不銹鋼表面進(jìn)行掃描的結(jié)果表明,對不銹鋼金剛表面分析總深度最典型的為15nm,并且提供了有關(guān)鈍化層的成分、厚度及它的耐腐蝕能力等。 根據(jù)定義,奧氏體不銹鋼含有高鉻和鎳,有的含鉬(如316L00Cr17Ni14Mo2)、鈦等,一般含有10.5%的鉻以上具有較好耐腐蝕能力。耐腐蝕是因?yàn)楦汇t鈍化層具有保護(hù)性能的結(jié)果,鈍化層通常為3-5nm厚,或相當(dāng)于15層原子那樣厚。鈍化層是在鉻和鐵被氧化的氧化-還原反應(yīng)過程中形成的,如果鈍化層遭破壞,又會(huì)迅速形成新的鈍化層和/緊隨著發(fā)生電化學(xué)腐蝕,會(huì)出現(xiàn)不銹鋼深層點(diǎn)蝕及晶間腐蝕。鈍化層耐腐蝕能力與不銹鋼中所含化學(xué)成分含量有關(guān),如高鉻、加鎳與鉬等都能提高鈍 化層結(jié)合能電勢,加強(qiáng)鈍化層耐腐蝕能力;并與不銹鋼管內(nèi)表面處理及使用流體介質(zhì)有關(guān)。二、不銹鋼管表面腐蝕情況 1、在含Ci-介質(zhì)中不銹鋼表面鈍化層容易被破壞,這是因?yàn)镃i-氧化電勢能較大。如果鈍化層印化層僅僅在金屬就將繼續(xù)腐蝕下去。在很多情況下,鈍 化層僅僅在金屬表面的局部地方被破壞,腐蝕的作用在于形成細(xì)小的孔或凹坑,在材料表面產(chǎn)生無規(guī)律分布的小坑狀腐蝕稱為點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕速率隨溫度升高而增加,隨濃度增加而增加。解決方法是用超低或低碳不銹鋼(如用316L 304L) 2、奧氏體不銹金剛在制造和焊接時(shí)不銹鋼表面鈍經(jīng)層容易被破壞。制造和焊接時(shí)加熱溫度和加熱速度在不銹鋼敏化溫度區(qū)域(約425-815)時(shí),材料中過飽和碳就會(huì)在晶粒邊界首先析出,并與鉻結(jié)合形成碳化鉻Cr23C6,此時(shí)碳在奧氏體內(nèi)的擴(kuò)散速度比鉻擴(kuò)散速度大,鉻來不及補(bǔ)充晶界由于形成碳化鉻而損失的鉻,結(jié)果晶界的鉻含量就就隨碳化鉻的不斷析出而不斷降低,形成所謂的貧鉻區(qū),使電墊能減弱,鈍化層耐腐蝕能力下降。當(dāng)與介質(zhì)中Ci-等腐蝕介質(zhì)接觸時(shí),就會(huì)引起微電池腐蝕。雖然腐蝕僅在晶粒表面,但卻迅速深入內(nèi)部形成晶間腐蝕。特別不銹鋼管在焊接處理部位較為明顯。 3、應(yīng)力腐蝕裂紋:是靜應(yīng)力和導(dǎo)致裂紋與金屬脆化的腐蝕共同的作用。產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋破破壞的環(huán)境通常是相當(dāng)復(fù)雜的。不僅是拉伸應(yīng)力,而這種應(yīng)力和由于制作、焊接、或熱處理在金屬中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的組合。三、不銹鋼管內(nèi)外表面處理與耐腐蝕關(guān)系 不銹鋼管內(nèi)外表面(特別如電解拋光、機(jī)械拋光后)具有良好的鈍化層,耐腐蝕能力較強(qiáng)。內(nèi)外表面光潔度高,介質(zhì)粘附很少有利于耐腐蝕。管內(nèi)表面光潔度高液體介質(zhì)滯留越少,有利于沖洗,特別在制藥行業(yè)。 1、管內(nèi)表面電解拋光(電化學(xué)拋光):電解拋光液是磷酸、硫酸、鉻酐、明膠、重鉻酸鉀等。不銹鋼管內(nèi)表面在陽極上,拋光液在和內(nèi)流動(dòng)通以低電壓大電流而進(jìn)行電解拋光處理。這時(shí)管內(nèi)表面同時(shí)進(jìn)行著兩個(gè)相互矛盾的過程,即金屬表面鈍化層(含稠性粘膜)生成與溶解。由于表面微觀的凸起部分和凹進(jìn)部分成膜進(jìn)入鈍化的條件是不同的,又由于陽極溶解。由于表面微觀凸起部分和凹進(jìn)部分成膜進(jìn)入鈍 化的條件是不同的,又由于陽極溶解,陽極區(qū)金屬鹽濃度不斷增加,在表面形成一種高電阻的稠性粘膜。該膜在凹凸處厚度不同導(dǎo)致陽極表面電流密度大,尖端放電溶解速度快,在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到削平突出的微觀部分的目的,能達(dá)到很高的光潔度Ra0.2-0.4m。并在這種作用下,管內(nèi)表增加了鉻含量,增加了金屬表面鈍化層的耐腐蝕能力。 如何掌握拋光的質(zhì)量要與電解液配方、濃度、溫度、通電時(shí)間、電流密度、電極狀況、管表面處理程度等有關(guān)。技術(shù)掌握不好反而會(huì)破壞管表面光潔度,電解程度過大會(huì)出現(xiàn)更多更大的凹凸面,甚至條管報(bào)廢,真正制作好質(zhì)量需要一定技術(shù),費(fèi)用成本較高。 2、管內(nèi)表面機(jī)械拋光:有旋轉(zhuǎn)與直線拋光。這里以旋轉(zhuǎn)機(jī)械拋光為例:機(jī)械拋光設(shè)備較為簡單,動(dòng)力與拋光盤、高級拋光設(shè)備較為簡單,動(dòng)力與拋光盤、高級拋光蠟。采用逐級細(xì)砂粒作的布盤與布盤在管內(nèi)外表面上來回多次多道進(jìn)行拋光處理,光潔度能達(dá)到Ra0.2-0.4m。 機(jī)械拋光與電解拋光相比較具有設(shè)備簡單、技術(shù)含量低容易掌握,費(fèi)用成本也低,不會(huì)破壞管而造成報(bào)廢,因此廣泛地應(yīng)用。但表面印化層耐腐蝕能力電解拋光要好的多。四、衛(wèi)生級無縫不銹鋼管生產(chǎn)工藝 煉鋼-軋制圓鋼-穿孔-冷拔-冷軋-光亮退火-內(nèi)表面拋光-外表面拋光-檢測驗(yàn)收-包裝入庫。 本廠生產(chǎn)衛(wèi)生級無縫不銹鋼管是從冷拔開始。在生中幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)備:1、冷拔管機(jī):圓鋼穿孔后稱荒管,一般荒管為65*5mm或100*7mm。一般工業(yè)用的衛(wèi)生級不銹鋼管從14*1mm至200*3mm,這樣需要擴(kuò)管與拉小管,要有冷拔管機(jī)來進(jìn)行。有時(shí)需要幾次擴(kuò)管或拉小管,而又退火(熱處理)與酸洗循環(huán)進(jìn)行。 冷拔管機(jī)種類、規(guī)格,芯棒種類、規(guī)格很多不作描述。 冷拔的主要優(yōu)點(diǎn)是:生產(chǎn)效率較高;生產(chǎn)中變更產(chǎn)品規(guī)格比較方便,靈活性大;工具的設(shè)備和制作以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)維護(hù)比較簡單。冷拔的主要缺點(diǎn)是:道次變形量小,因此加工道次多,生產(chǎn)周期長;金屬消耗大。管內(nèi)外表面光潔度差(談不上潔度)。 2、多輥式冷軋管機(jī):是國內(nèi)制造衛(wèi)生級無縫不銹鋼管關(guān)鍵設(shè)備。以冷拔后鋼管為坯料,冷軋后管內(nèi)外徑與壁厚尺寸正負(fù)小于0.02-0.05mm,管內(nèi)外表面光潔度Ra0.8m,并可制作到壁厚0.5mm。再經(jīng)拋光處理管內(nèi)外表面光潔度可達(dá)Ra0.2-0.4m(如鏡面)。 多輥式冷軋管機(jī)種類、規(guī)格,芯棒種類、規(guī)格很多不作描述。 冷軋后管最大的缺點(diǎn)是硬態(tài),也即屈強(qiáng)系數(shù)較大,不宜擴(kuò)口、彎曲,嚴(yán)格地說還是不符合國家標(biāo)準(zhǔn),因此要進(jìn)行熱固熔處理(退火)。 一般情況不銹鋼管經(jīng)普通熱固熔處理爐(奶火爐)處理后,管內(nèi)外表面出現(xiàn)氧化皮需要酸洗,這樣又破壞了原來冷軋后管的內(nèi)外表面光潔度,出現(xiàn)微小凹凸不平,達(dá)不到衛(wèi)生級管表面光潔度標(biāo)準(zhǔn)。因此要選擇氣體保護(hù)光亮退火爐。 3、氣體保護(hù)光亮退火爐:有兩部分組成,光亮退火爐爐體與氨分解成套裝置。 光亮退火爐爐體:主要結(jié)構(gòu)由圓形截面馬弗罐,采用兩側(cè)和底部部布置高溫發(fā)熱絲的加熱方法,氨分解氣作為保護(hù)氣體和循環(huán)冷卻氣。結(jié)構(gòu)緊湊,操作安全,控制可靠和維修方便,爐溫均勻(溫度可達(dá)1150),通源損耗低,能充分利用保護(hù)氣,冷卻速度快,保證了防止碳化鉻的重新沉淀析出,使所有碳化鉻完全固溶入奧氏體基體內(nèi),改變了原有冷軋后管的硬態(tài)與金相組織,真正達(dá)到固溶處理的目的。 氨分解成套裝置:利用純凈液氯分解成70%氫氣與30%氨氣,填充入爐體內(nèi)驅(qū)跑空氣(氧氣),盡可能空氣越小。 經(jīng)氣體保護(hù)光亮退火爐處理后不銹鋼管已是軟態(tài),內(nèi)外表面少有氧化皮,不需要酸洗處理,并保持冷軋后的管內(nèi)外表面光潔度。 4、管內(nèi)表面機(jī)械拋光機(jī):上已敘述。5、管外表面機(jī)械拋光機(jī):上已敘述。五、衛(wèi)生級無縫不銹鋼管的選購 不銹鋼是少含有50%的鐵和10.5%的鉻,并還加入如鎳、鈦、鉬等,根據(jù)含有休學(xué)成分的不同,金屬內(nèi)部的金相組織也不同,這就有馬氏體型、鐵素體型、奧氏體型、雙相、沉淀硬化型不銹鋼等。衛(wèi)生級無縫不銹鋼管也有不同的材質(zhì)。一般工業(yè)常用用管奧氏體型不銹鋼材質(zhì)較多;0Cr19Ni9(USU304)、00Cr
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